马铃薯加工团队揭示了脉冲电场诱导活性氧爆发调控马铃薯代谢变化的作用机制

近日，中国农业科学院农产品加工研究所马铃薯加工与品质调控创新团队系统揭示了脉冲电场诱导活性氧爆发并调控马铃薯代谢变化的新机制。相关研究成果发表于国际期刊《食品化学（Food Chemistry）》（JCR 一区，IF=9.8）。加工所2023级博士研究生赵人杰为论文第一作者，胡宏海研究员与赵瑞璇助理研究员为共同通讯作者。

脉冲电场技术是一种绿色、高效的非热加工技术，已广泛应用于果蔬加工产业，可有效降低加工成本并提升产品品质。现有研究多从细胞膜“电穿孔”角度解释其作用机制，但对该技术所引发的内源代谢响应及其与加工品质形成之间关系的认识仍不充分。

本研究以马铃薯为对象，构建了模拟工业化脉冲电场的预处理过程，结合电阻抗分析、活性氧测定、非靶向代谢组学、转录组学以及基因-代谢物关联网络分析，从“活性氧爆发-氧化应激响应-代谢重编程”的视角，揭示了脉冲电场调控马铃薯代谢变化的分子机制。研究发现，脉冲电场处理可诱导马铃薯组织发生场强依赖性的活性氧（O₂⁻• 和 H₂O₂）爆发，并伴随膜脂过氧化程度的增强。转录组分析表明，氧化胁迫信号相关基因（如 OXI1、ANP1、MPK 等）以及抗氧化防御相关基因（如 GST、SOD、GLRX 等）显著上调，说明脉冲电场激活了氧化胁迫信号通路。多组学联合分析进一步显示，脉冲电场主要影响氨基酸、碳水化合物、脂质和多酚代谢通路中相关物质及基因的表达，促进丝氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、天冬酰胺以及绿原酸、芦丁、咖啡酸、阿魏酸等物质的积累，同时降低蔗糖、果糖和花生四烯酸等代谢物的水平。研究进一步讨论了上述代谢变化对后续热加工过程中风味形成、色泽变化、抗氧化潜力及丙烯酰胺生成的影响。

本研究拓展了脉冲电场作用机制的理论认识，为马铃薯加工品质的精准调控提供了理论支撑，也为脉冲电场技术在果蔬加工中的产业化应用提供了新思路。

该研究得到了国家自然科学基金和中国农业科学院农产品加工研究所农业科技创新工程的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2026.149474